Image: Tesla

Lors de la journée des investisseurs de Tesla en mars 2023, l’entreprise a annoncé que sa prochaine génération de moteurs électriques ne contiendrait pas de matériaux à base de terres rares. Compte tenu de l’énorme présence de Tesla sur le marché des VE (véhicules électriques), cette annonce pourrait constituer une transition importante pour la conception et la durabilité des moteurs électriques.

L’usage des terres rares dans les véhicules Tesla

Les premiers véhicules de Tesla, notamment les Model S et X d’origine, utilisaient un moteur à induction, dans lequel une cage en cuivre ou en aluminium est utilisée sur le rotor (la partie rotative du moteur). Avec la sortie de la Model 3 en 2017, elle a adopté l’utilisation d’un moteur à aimant permanent (PM) où de puissants aimants sont utilisés pour générer un champ magnétique sur le rotor. Tout en conservant un moteur à induction pour son unité d’entraînement secondaire (qui fournit des poussées d’accélération en cas de besoin), le passage à une conception à aimant permanent a permis d’améliorer l’efficacité et la densité de puissance. En 2022, une étude IDTechEx a révélé que plus de 80 % du marché des moteurs pour véhicules électriques était constitué de moteurs à particules.

L’inconvénient des moteurs à particules réside dans les matériaux utilisés pour fabriquer les aimants, à savoir les terres rares. Cette catégorie comprend des matériaux tels que le néodyme et le dysprosium, dont le coût est élevé et dont la chaîne d’approvisionnement est géographiquement limitée. La Chine représente la grande majorité de la production mondiale, ce qui a toujours entraîné une volatilité des prix. En 2011, la Chine a restreint les exportations de terres rares, ce qui a entraîné une hausse des prix d’environ 750 % et 2000 % pour le néodyme et le dysprosium respectivement. Vers la fin de l’année 2020, les prix ont recommencé à augmenter, le prix en 2022 étant en moyenne environ 2,6 fois plus élevé qu’en 2017. Outre les préoccupations liées aux prix, il existe des préoccupations environnementales. L’extraction des terres rares peut produire des eaux usées qui acidifient le sol et les eaux souterraines environnantes. Les déchets radioactifs et les métaux lourds sont un autre sous-produit potentiel de l’extraction des terres rares.

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Tesla réduit régulièrement sa teneur en terre rare

Certains constructeurs, comme Audi et Mercedes, ont opté pour des moteurs à induction afin d’éviter les problèmes de particules, tandis que BMW et Renault ont opté pour une configuration à rotor bobiné. Ces conceptions sont généralement plus lourdes et moins efficaces dans l’ensemble, mais de grands progrès ont été réalisés pour minimiser ces inconvénients. Bien que Tesla ait laissé entendre que son nouveau moteur ne contiendrait pas de terres rares, il s’agit toujours d’un moteur à particules. Certains fabricants, dont Tesla, ont régulièrement réduit la teneur en terres rares, en particulier les terres rares lourdes, dans les moteurs PM. Mais pour ne pas utiliser de terres rares, il faut utiliser des matériaux magnétiques alternatifs tels que des aimants à base de ferrite ou d’autres alliages. En général, ces matériaux ont un champ magnétique beaucoup plus faible, ce qui se traduit par un moteur moins puissant.

Tesla aurait pu adopter plusieurs stratégies pour réaliser cette transition, mais il est probable qu’elle ait combiné le développement d’alliages magnétiques pour améliorer l’intensité du champ et l’augmentation de la taille du moteur pour fournir des performances similaires tout en réduisant la densité de puissance, ce que les conducteurs ne remarqueront pas à moins que cela n’ait un impact sur les performances ou l’espace de chargement.

Nous ne connaîtrons pas les détails exacts du nouveau design ou des matériaux utilisés avant une date ultérieure, mais il sera intéressant de voir si (et si) le reste du marché des véhicules électriques suivra le mouvement. À elle seule, l’abandon des terres rares par Tesla pourrait avoir un impact sur la demande globale, mais si d’autres constructeurs automobiles adoptent une stratégie similaire, il pourrait s’agir d’une évolution majeure du marché vers une alternative plus durable et moins sensible aux prix que les aimants en terres rares.

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Le Rapport d’IDTechEx, “Electric Motors for Electric Vehicles 2022-2032”, examine en profondeur les types de moteurs électriques utilisés dans les véhicules électriques ainsi que les alternatives émergentes telles que les moteurs à flux axial et les moteurs de roue. Le rapport examine le marché des véhicules électriques pour les voitures, les bus, les camions, les camionnettes et les deux-roues en Chine, en Europe et aux États-Unis, y compris les prévisions de la demande de moteurs pour les 10 prochaines années. Des statistiques détaillées sur les performances des moteurs sont fournies pour ces catégories et régions, y compris une analyse comparative détaillée de la puissance et de la densité de couple de plusieurs moteurs utilisés actuellement dans les BEV, les PHEV et les futures alternatives. Les matériaux utilisés dans les moteurs sont également pris en compte, notamment les terres rares dans les aimants ainsi que le cuivre et l’aluminium utilisés dans les enroulements du moteur, avec des prévisions de la demande de matériaux jusqu’en 2032.

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